基于北斗的高校新生助手APP

赵幸 李慧珍 张渤琳

摘 要：大学校园通常具有面积大、建筑布局分散、各类设施复杂等特点。本文利用北斗卫星导航系统，基于Android平台以手机APP为主控模块，同时结合室内定位传感器设计了能够为高校新生提供精准导航、校园信息查询、一键求助等功能的一体化APP，帮助新生更高效地展开校园生活。

关键词：北斗定位与导航;Android;校园助手APP

1.引言

对广大高校新生来说，快速准确地前往教室是困扰新生的最大难题。随着学生数量的增加，对教室进行精准室内导航的需求也在急剧增加。

近年来，室内定位与导航的研究与应用取得了较为显著的成效。如Google Map从6.0版本开始增加了部分室内地图，提供如商场、机场等大型室内建筑的地图导航定位服务。国内如高德地图、百度地图和蜂鸟地图等多家公司也已开始提供室内地图生产、定位引擎和地图引擎一整套室内地图定位导航解决方案。但由于传统卫星导航定位系统在室内空间无法使用、基站定位精度很难满足室内空间需求[1]等多方面制约因素，室内定位导航技术尚未得到广泛的推广与应用。

现有的校园智能导航APP仅能够为新生进行建筑物级别的粗略导航，不能进一步帮助新生准确抵达具体的教室。本文尝试运用北斗定位技术，在Android平台上基于高德地图Android SDK设计一个包含建筑内部精准导航、校园设施介绍、一键求助功能的新生助手APP，以帮助新生尽快适应大学生活。

2.APP的框架与功能

APP使用高德地图SDK接口获取离线地图，实现地图的基本操作。通过连接北斗卫星定位系统，依托室内部署的WiFi传感器，获取位置信息并显示在电子地图上。最终通过移动手机终端APP实现定位与导航等功能。图1即为APP系统构架。

2.1数据层

数据层包括常规地图数据、精细化建筑内部地图数据、路径数据及各项校园设施数据。

常规地图数据来自高德地图，通过申请高德地图API密钥，下载高德地图SDK的安装包，即可使用高德地图提供的离线地图。

精细化建筑内部地图数据通过人工采集数据构建路网生成。主要通过获取原始CAD数据文件或规划设计图件数据，并采集室内通行设施等辅助信息，通过格式转换转换为制图的矢量数据文件，并进行配准校正做到与室外地图坐标系统的统一，形成点线面室内数据，构建导航路网数据集，完成室内地图制作[2]。并将楼梯和电梯设施作为节点加入导航数据集模型的构建，解决跨楼层间的路径规划问题。

各项校园设施数据包括校园内全部建筑物的相关资料。

2.2服务层

服务层通过高德地图提供的SDK接口，申请密钥后可获取校园离线地图。通过北斗导航系统获取用户定位信息，返回Android平台并在地图上显示。

2.3应用层

应用层即通过调用数据层和服务层，在Android端APP上实现具体的功能。如北斗定位、室内外导航、手机扫码等。

3.功能详解与具体实现

图2为APP功能模块示意图。

3.1地图展示

包含对地图的放大、缩小、旋转、漫游、导航、图层切换等基本操作，能够帮助用户方便迅速地找到目的地，浏览校园的全景、掌握建筑物内部信息。该功能是利用高德地图接口的地图服务实现的。

3.2实时定位

主要是根据用户使用手机的位置进行定位，分为室内定位和室外定位。

室外定位主要是利用北斗地基高精度差分定位。以手机的北斗模块作为定位设备，北斗卫星通过北斗模块获取位置信息，最后通过相应算法将北斗卫星返回的经纬度信息转换到高德地图能识别的坐标系上，在离线地图上显示。

室内定位主要使用WiFi定位。它以网络节点（无线接入点）的位置信息为基础，通过无线接入点（包括无线路由器）组成的无线局域网络，采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，对已接入的设备进行位置定位。

3.3搜索导航

实现从起点A到目的地B的路径规划导航功能。目标点可从地图上直接选择，也可通过搜索框手动查询获取，进而进行路径规划导航。目的地除常规APP能够选择的单一建筑外，还可以对建筑物内具体目标如某间教室进行详细导航。

高德地图SDK接口对自有的室外地图提供导航功能。而室内的导航，我们选择FLOYD算法实现建筑内部路径规划。FLOYD算法是解决网络图中任意两点最短路径的算法，属于多源路径算法。该算法通过图的权值矩阵求出图中任意两点间的最短距离，再将返回的路径信息显示在手机上。

3.4兴趣查询

用户在地图上选择感兴趣的建筑，长按建筑物（2s），弹出提示框，显示建筑物的详细信息。主要介绍建筑物的名称、功能等。

3.5一键求助

该功能可以在紧急情况下获取用户的位置信息，并后台发送给指挥系统与学校的保卫处取得联系。求救信号会通过移动的4G或WiFi等无线网络传送到后台求援中心管理系统，系统自动获取该手机用户的求救者信息，以及手机的北斗卫星定位信息，并可实时通过手机与求救者联系，获取相关信息[3]。同时，后台管理系统会将求救地点的定位信息直接发送给校园保卫系统，从而可以调度相关安保人员，利用最短路径算法，使救援人员以最快的速度到达现场，以最高效的手段实施救援。

4.主要创新点

当前市场上导航APP的导航功能只能精确到建筑，本应用程序通过构建室内路网数据模型，实现了室内导航。

5.结语

本文针对当前大学新生入学对校园不够熟悉的问题，利用北斗导航系统，以Android为平台，设计了集精准导航、兴趣介绍等功能于一体的高校新生助手APP，以期能帮助新生更快地熟悉校园。

参考文献：

[1] 许华燕等. 室内地图应用现状及展望 [J]. 测绘通报，2014， （09）： 119-121.

[2] 林富明等. 基于移动端的室内导航APP设计研究与实现 [J]. 测绘与空间地理信息，2018，41 （10） ： 61-62.

[3] 王健. 基于智能手机双向定位的快速求救和施救系统 [J]. 物联网技术，2018，（10） ： 15-18.

作者简介：

赵幸（2000.03-），女，汉族，河南省南阳人，郑州市高新区郑州大学，地理信息科学专业本科生，研究方向：地理信息科学专业

李慧珍（1998.08-），女，汉族，河南省商丘人，郑州市高新区郑州大学，地理信息科学专业本科生，研究方向：地理信息科学专业

張渤琳（1999.01-），女，汉族，河南省唐山人，郑州市高新区郑州大学，地理信息科学专业本科生，研究方向：地理信息科学专业

（郑州大学 地球科学与技术学院  河南  郑州  450001）